CN110518324A - 一种在带外引入双传输零点的宽带滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在带外引入双传输零点的宽带滤波器，本发明对传统的1/4波长谐振器进行改进，宽带滤波器的线耦合馈电点在谐振器上的任意位置，谐振器之间的耦合强度由耦合位置决定；谐振器开路端空置，方便在不相邻的两个谐振器开路端之间引入缝隙耦合式的交叉耦合，从而在滤波器带外插入传输零点,解决了传统1/4波长宽带滤波器难插入传输零点的弊端；本发明引入的交叉耦合，只需一个交叉耦合就可以得到两个传输零点，而传统的交叉耦合方式一个交叉耦合只有一个传输零点。

Description

一种在带外引入双传输零点的宽带滤波器

技术领域

本发明涉及射频微波领域，具体为一种在宽带滤波器带外引入传输零点的方法，为一种新结构宽带滤波器。

背景技术

滤波器广泛应用通信系统中，带通滤波器用来抑制带外强干扰信号，保证接收机的信噪比性能。滤波器种类多样，以加工工艺分为微带滤波器、金属腔体滤波器、波导滤波器、多层低温公烧陶瓷滤波器(LTCC)、声表面滤波器等；以滤波功能分为四大类，带通滤波器、带阻滤波器、低通滤波器、高通滤波器，不同的滤波器应用于不用的场合。微带滤波器在滤波器领域非常广泛，其平面结构、小型化、易与其它电路集成的特点使得微带滤波器得到了广泛研究。

目前，很多通信设备，比如移动基站、汽车通信系统、通信雷达等都需要宽带滤波器来抑制带外的干扰，系统对带外干扰信号、邻近通带干扰信号的抑制性能由滤波器矩形系数决定，矩形系数越接近1，系统抗带外干扰能力越强。提高滤波器矩形系数的方法有两种，第一种是增加滤波器阶数，但是增加阶数会增加滤波器的插入损耗，并且增加成本，第二种方法是利用交叉耦合的方式在带外插入传输零点，传输零点会极大的提高滤波器矩形度，第二种方法不增加滤波器的阶数，不增加滤波器的制作成本。

目前最常用的宽带微带滤波器主要采用1/4波长谐振器，开路端用1/4波长耦合线耦合的方式实现，宽带滤波器的输入输出Q值和谐振器之间的耦合系数由耦合线的线宽和谐振器线宽决定。这种滤波器结构简单，技术成熟，但是利用交叉耦合方式在宽带滤波器带外插入零点时，交叉耦合线会在带内引入二次甚至高次谐振点，因此很难利用经典的交叉耦合技术在宽带滤波器带外插入传输零点。

发明内容

本发明针对传统的1/4波长宽带滤波器无法插入带外传输零点的问题，本发明提出一种在带外引入双传输零点的宽带滤波器，可以在带外插入双传输零点，提高滤波器矩形系数，提高系统抗干扰能力。

本发明一种在带外引入双传输零点的宽带滤波器，本发明对传统的1/4波长谐振器进行改进，宽带滤波器的线耦合馈电点在谐振器上的任意位置，谐振器之间的耦合强度由耦合位置决定，耦合位置越接近短路端，耦合越弱；谐振器开路端空置，在不相邻的两个谐振器开路端之间引入缝隙耦合式的交叉耦合，从而在滤波器带外插入传输零点；避免了线耦合在宽带内产生二次或高次谐振点的弊端；谐振器耦合系数为K，K＝|(f₁ ²-f₂ ²)/(f₁ ²+f₂ ²)|，其中f_1、f₂为谐振器的谐振频率。

作为优选，谐振器的开路端和短路端都进行折叠处理。

本发明的有益效果是：

1)对传统的1/4波长谐振器进行重新设计，得到了一种可用于宽带滤波器的新谐振器结构，谐振器之间的耦合强度可由耦合位置决定，一定程度上降低了设计难度。

2)提出了一种宽带微带滤波器插入交叉耦合的方法，在不增加滤波器阶数，不增大滤波器插入损耗的情况下，不影响带内传输性能的情况下，对宽带滤波器引入2个带外传输零点，该双传输零点极大提高了滤波器的矩形系数，增强系统的抗干扰能力。

3)本发明引入的交叉耦合，只需一个交叉耦合就可以得到两个传输零点，而传统的交叉耦合方式一个交叉耦合只有一个传输零点。

附图说明

图1新结构谐振器

图2新结构谐振器耦合位置与耦合系数的关系

图3不相邻谐振器插入缝隙耦合式的交叉耦合

图4宽带滤波器原理图

图5宽带滤波器S参数仿真

图6引入交叉耦合

图7交叉耦合缝隙宽度与传输零点位置的关系

图8双传输零点和无传输零点滤波器S参数比较

图9宽带滤波器最终版图

表1综合出的耦合矩阵

表2滤波器设计参数(单位：mm)

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，一种在带外引入双传输零点的宽带滤波器，对传统的1/4波长谐振器进行改进，宽带滤波器的线耦合馈电点在谐振器上的任意位置，谐振器之间的耦合强度由耦合位置决定，耦合位置越接近短路端，耦合越弱；如图2所示，谐振器耦合系数K随耦合位置变化的关系，K＝|(f₁ ²-f₂ ²)/(f₁ ²+f₂ ²)|，其中f_1、f₂为谐振器的谐振频率；谐振器开路端空置，在不相邻的两个谐振器开路端之间引入缝隙耦合式的交叉耦合，从而在滤波器带外插入传输零点，如图3所示，避免了线耦合在宽带内产生二次或高次谐振点的弊端。

以一个800-1600MHz的10阶宽带滤波器设计为例，对本发明的技术方案进行阐述：

用于实施的软件工具是：滤波器综合工具CoupleFil 1.26、电路仿真软件Advanced Design System 2017(ADS2017)、3D电磁仿真和版图制作软件sonnet 15.54。微带板材为rogers3006，厚度0.635mm，介电常数er为6.15，介质损耗角为0.002@10GHz。

具体步骤如下：

步骤1、利用滤波器综合工具计算10阶滤波器的耦合系数和输入输出馈电Q值，得到耦合矩阵，表1。

步骤2、计算计算1/4波长50欧姆传输线的线长C0和线宽W0，谐振器线线长和宽依次为L1-L10，W1～W9，图4，C0、W0为40mm、0.86mm，滤波器采用对称设计，一般宽带滤波器输入输出级耦合强度最大，所以W1、W10取0.5mm，W2-W9取0.8mm，L1-L10初始值取40mm。

步骤3、由第一步得到的耦合矩阵，参考图2中m和耦合系数K的关系图，确定输入输出馈电初始位置与耦合线在每个谐振器上耦合的初始位置，即m1-m10的值，图4。

步骤4、对原理图进行优化，此时得到一个无带外零点的宽带滤波器，图5，由仿真结果可计算30dB：3dB的矩形系数为1.22。

步骤5、在对称的第二级和第九级谐振器之间插入交叉耦合，图6，耦合缝隙的长度定为4mm，调节缝隙宽度来调节交叉耦合强度，图7显示交叉耦合缝隙在0.05mm-0.3mm之间变化时传输零点位置的变化。

步骤6、确定交叉耦合缝隙尺寸为，长4mm，宽0.1mm，然后再对版图进一步优化，使得带内驻波小于-20dB，图8，仿真结果和步骤4中的结果对比，滤波器的矩形系数由1.22提高到1.13。

步骤7、利用sonnet对该宽带滤波器进行3D电磁仿真，优化，得到最后的版图，图9，该滤波器最终尺寸见表2。

表1

L1	30.81	M1	30.69
				L2	25.26	M2	21.71
L3	28.99	M3	18.41
				L4	29.3	M4	15.51
L5	29.31	M5	18.74
				L6	29.31	M6	18.74
L7	29.3	M7	18.41
				L8	28.99	M8	18.41
L9	25.26	M9	21.71
				L10	030.81	M10	30.69
W1,W10	0.5	W2-W9	0.8
				C0	35	W0	0.86

表2

以上所述仅是本发明的实施方式，本发明提出一种新结构的1/4波长谐振器，提出了一种给宽带滤波器加零点的方法，提出了一种新结构具有带外传输零点的新结构宽带滤波器，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，比如将该新结构谐振器和耦合方式应用在其它工艺的滤波器上或应用于窄带滤波器，或在其它不相邻的谐振器间引入交叉耦合等，这些改进和润饰也应视为本发明保护范围内。

Claims (3)

1.一种在带外引入双传输零点的宽带滤波器，其特征在于：对传统的1/4波长谐振器进行改进，宽带滤波器的线耦合馈电点在谐振器上的任意位置，谐振器之间的耦合强度由耦合位置决定，耦合位置越接近短路端，耦合越弱；谐振器开路端空置，在不相邻的两个谐振器开路端之间引入缝隙耦合式的交叉耦合，从而在滤波器带外插入传输零点。

2.根据权利要求1所述的一种在带外引入双传输零点的宽带滤波器，其特征在于：谐振器的开路端和短路端都进行折叠处理。

3.根据权利要求1或2所述的一种在带外引入双传输零点的宽带滤波器，其特征在于：谐振器耦合系数为K，K＝|(f₁ ²-f₂ ²)/(f₁ ²+f₂ ²)|；其中f_1、f₂为谐振器的谐振频率。